計(jì)及多因素的含風(fēng)能電力系統(tǒng)可靠性評(píng)估及優(yōu)化研究.pdf

1、隨著傳統(tǒng)能源資源的日益枯竭及其污染氣體的嚴(yán)重排放,人們正在積極尋找能夠滿足人類能源需求的可替代能源。風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源,是最主要的可替代能源之一。世界上許多國(guó)家已出臺(tái)支持開發(fā)風(fēng)能資源的相應(yīng)政策,加之風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的日趨成熟,風(fēng)能的開發(fā)規(guī)模也越來越大。風(fēng)速的隨機(jī)性和間歇性使得風(fēng)力發(fā)電功率具有波動(dòng)性和不可控性,大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)將對(duì)電網(wǎng)的安全性和可靠性產(chǎn)生影響。因此,研究風(fēng)電系統(tǒng)可靠性評(píng)估模型、分析風(fēng)電場(chǎng)對(duì)電力系統(tǒng)可靠性的綜合影響等,對(duì)

2、含風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)、規(guī)劃和運(yùn)行等具有重要的理論指導(dǎo)意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。隨著風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模的擴(kuò)大、數(shù)目的增多、集電系統(tǒng)拓?fù)涞臄U(kuò)展以及風(fēng)電機(jī)組密集度的增加,諸多因素,如:尾流效應(yīng)、單風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)的條件相依性、多風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)的多重相關(guān)性、集電系統(tǒng)故障、風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)布局等,對(duì)風(fēng)電場(chǎng)年發(fā)電量及可靠性的影響也更加凸顯。本文對(duì)計(jì)及前述因素的風(fēng)速模型、風(fēng)電場(chǎng)可靠性評(píng)估、風(fēng)電場(chǎng)可靠性優(yōu)化等問題進(jìn)行了深入研究。主要研究?jī)?nèi)容包括：
　?、棚L(fēng)的大小和方向是風(fēng)速尾流

3、模型的關(guān)鍵影響因素,而尾流效應(yīng)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)年發(fā)電量、可靠性等有很大影響。風(fēng)速與風(fēng)向并非完全獨(dú)立的隨機(jī)變量,它們之間蘊(yùn)含有一定的條件相依性,因此,在建立風(fēng)速和風(fēng)向模型時(shí)需要計(jì)及它們之間的條件相依性,以提高風(fēng)電場(chǎng)可靠性評(píng)估的精確性?；诖?本文基于風(fēng)向經(jīng)驗(yàn)概率分布函數(shù),建立風(fēng)向樣本生成模型;基于尾流效應(yīng)原理和風(fēng)速Weibull模型以及風(fēng)速與風(fēng)向之間的條件相依性,建立計(jì)及尾流效應(yīng)和風(fēng)向分布的風(fēng)速條件相依模型,進(jìn)而生成具有條件相依性的風(fēng)速與風(fēng)向。實(shí)

4、測(cè)風(fēng)速和風(fēng)向數(shù)據(jù)驗(yàn)證了該模型的有效性和實(shí)用性。
　?、贫鄠€(gè)風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)速、風(fēng)向間常存在多重多維相關(guān)性關(guān)系。當(dāng)多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)時(shí),模擬具有多重多維相關(guān)性的風(fēng)速和風(fēng)向樣本是進(jìn)行可靠性評(píng)估的先決條件。本文根據(jù) Copula理論分別建立風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)速、風(fēng)向的正態(tài) Copula函數(shù)和Archimedean Copula函數(shù),利用經(jīng)驗(yàn)Copula函數(shù)對(duì)模型進(jìn)行選擇。采用風(fēng)向經(jīng)驗(yàn)分布和風(fēng)速 Weibull分布模型及聚類、變換和插值方法建立風(fēng)速與風(fēng)向

5、的條件相依模型,進(jìn)而建立具有多重多維相關(guān)性的風(fēng)速和風(fēng)向數(shù)據(jù)生成模型。通過實(shí)際觀測(cè)風(fēng)速和風(fēng)向數(shù)據(jù)對(duì)所提方法和模型進(jìn)行了驗(yàn)證,結(jié)果表明模擬數(shù)據(jù)能夠保持與原始數(shù)據(jù)相同的相關(guān)性、條件相依性、數(shù)字特征和分布特性。
　?、秋L(fēng)電場(chǎng)中除風(fēng)電機(jī)組的故障影響風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量外,其它因素,如:集電線路故障、開關(guān)設(shè)備的隔離和切換操作、集電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等,均對(duì)風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量有不同程度的影響,現(xiàn)有研究鮮有計(jì)及該類因素的綜合影響評(píng)估風(fēng)電系統(tǒng)可靠性。本文結(jié)合風(fēng)電場(chǎng)集電

6、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),提出集電系統(tǒng)分塊概念和風(fēng)電場(chǎng)集電系統(tǒng)可靠性的指標(biāo)。計(jì)及集電系統(tǒng)元件的多重故障以及開關(guān)設(shè)備的故障隔離、切換及隔離范圍等因素影響,利用分塊枚舉法和矩陣運(yùn)算等建立風(fēng)電場(chǎng)集電系統(tǒng)的多狀態(tài)概率模型,進(jìn)而得到風(fēng)電場(chǎng)集電系統(tǒng)可靠性評(píng)估模型。分別對(duì)四種典型結(jié)構(gòu)的風(fēng)電場(chǎng)集電系統(tǒng)進(jìn)行可靠性評(píng)估,算例驗(yàn)證了方法的可行性和有效性,結(jié)論表明該方法對(duì)風(fēng)電場(chǎng)集電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)規(guī)劃具有重要的參考價(jià)值。
　?、扔捎谖擦餍?yīng)影響和風(fēng)電場(chǎng)地形限制等因素,

7、風(fēng)電場(chǎng)中不同風(fēng)機(jī)布局對(duì)應(yīng)的風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量不盡相同。在風(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃階段,為提高風(fēng)電場(chǎng)年發(fā)電量和系統(tǒng)充裕性需要根據(jù)區(qū)域內(nèi)風(fēng)的分布特性和尾流原理優(yōu)化風(fēng)電場(chǎng)最優(yōu)風(fēng)機(jī)布局。本文根據(jù)幾何學(xué)理論確定風(fēng)電機(jī)組尾流區(qū)域和計(jì)算風(fēng)電機(jī)組之間的水平距離和垂直距離;計(jì)及區(qū)域風(fēng)速與風(fēng)向的聯(lián)合分布特性,以最大化風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量為目標(biāo)函數(shù),利用帶收縮因子和變異因子的改進(jìn)粒子群優(yōu)化算法優(yōu)化風(fēng)電場(chǎng)最優(yōu)風(fēng)機(jī)布局。將該優(yōu)化模型應(yīng)用到實(shí)際區(qū)域的風(fēng)電場(chǎng)布局規(guī)劃中,并將優(yōu)化后的風(fēng)電場(chǎng)接入到

8、可靠性測(cè)試系統(tǒng)分析風(fēng)電場(chǎng)布局優(yōu)化的可靠性效益。算例表明優(yōu)化后的風(fēng)電場(chǎng)能有效降低尾流效應(yīng)的影響,增加風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電量,改善系統(tǒng)的可靠性。
　?、娠L(fēng)力發(fā)電與傳統(tǒng)機(jī)組發(fā)電的主要差別是風(fēng)電具有波動(dòng)性和不可調(diào)度性。現(xiàn)有含風(fēng)電場(chǎng)電力系統(tǒng)可靠性的研究能有效計(jì)及風(fēng)電對(duì)電網(wǎng)的充裕性貢獻(xiàn),但鮮有能計(jì)及風(fēng)電功率波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)可靠性的不利影響。電力系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行中,系統(tǒng)既要實(shí)時(shí)滿足負(fù)荷功率需求,還要在發(fā)電或負(fù)荷功率波動(dòng)時(shí)做實(shí)時(shí)調(diào)整,基于電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性,本文計(jì)